한국생산기술연구원(KITECH)

40만 번 접어도 성능 유지하는 전자파 차폐 필름 개발

- 생기원, 비싼 특수 첨가제 대신 시판 물질로 그래핀 뭉침 현상 해결

- 기존 생산공정 적용 가능, 폴더블폰 등 차세대 전자기기 활용 기대

□ 한국생산기술연구원(원장 손웅희, 이하 생기원)과 한양대학교 공동 연구팀이 40만 번 이상 접어도 전자파 차폐 성능을 안정적으로 유지하는 필름을 개발했다.

ㅇ 생기원 녹색순환연구부문 홍성우 수석연구원 연구팀과 한양대 화학공학과 고민재 교수 연구팀은 비싸고 합성이 복잡한 특수 분산제 대신 값싼 시판 물질만으로 그래핀의 뭉침 현상을 막는 필름 개발에 성공했다고 밝혔다.

□ 그래핀은 금속보다 가볍고 전기가 잘 통해 전자파 차폐 소재로 주목받고 있다. 

ㅇ 이 때문에 디스플레이, 미래 모빌리티, 항공·우주, 고성능 의료기기 등 외부 전자파가 일으키는 오작동을 막기 위해 얇고 유연하면서도 성능높은 전자파 차폐 소재가 필요한 분야에서 활용도가 높다. 

ㅇ 반면 그래핀은 서로 뭉치는 특성 때문에 실제 제품에서는 제 성능을 발휘하지 못해 표면을 화학 처리하거나 특수 분산제를 넣어 뭉침 현상을 방지해 왔다. 

ㅇ 하지만 화학 처리를 할 경우 그래핀 고유의 전기적 특성이 떨어지고, 특수 분산제는 가격이 비싼 데다 합성까지 복잡해 두 가지 방식 모두 한계가 존재한다. 

□ 공동 연구팀은 그래핀을 고르게 퍼뜨리는 분산제의 핵심 분자 구조부터 먼저 찾아냈다. 

ㅇ 그 결과 비싸고 복잡한 특수 첨가제 대신 시중에 판매되는 일반 물질만으로도 그래핀이 뭉치는 현상을 완벽하게 막아낼 수 있다는 사실을 확인했다. 

ㅇ 대표적 시판 물질인 트리에틸아민을 넣은 그래핀 용액의 경우 6개월 뒤에도 눈에 띄는 침전이 나타나지 않았고, 완성된 필름 안에서도 그래핀이 고르게 퍼지는 것을 확인할 수 있었다. 

□ 공동 연구팀은 고르게 퍼뜨린 그래핀에 유연 플라스틱 소재, 식물 유래 셀룰로오스 나노섬유, 탄소나노튜브를 물 기반의 친환경 공정으로 섞어전자파 차폐 필름을 제작했다. 

ㅇ 플라스틱은 필름의 유연성을, 셀룰로오스 나노섬유는 그래핀 결속력을 높이고, 탄소나노튜브는 전기 전도성을 극대화 하는 역할을 한다.

ㅇ 그 결과 벽돌 구조로 정렬된 그래핀 사이를 다른 소재들이 단단히 연결해, 필름을 반복해서 접어도 균열이 생기지 않는 뛰어난 내구성을 갖추게 됐다.

ㅇ 특히 이 방식은 시판 물질을 쓰면서도 기존 필름·코팅 생산공정을 활용할 수 있어 복잡한 공정 변경 없이 대면적·대량생산에 적용 가능하다.

□ 개발된 필름은 약 0.1㎜ 두께만으로도 전자파 에너지를 10만분의 1 수준으로 줄이는 압도적인 차폐 성능을 입증했다.

ㅇ 특히 반지름 3㎜ 크기로 둥글게 말아 접는 폴딩 테스트를 40만 회 반복한 뒤에도 차폐 성능은 99.4%, 전기 전도도는 97.9%를 유지했으며, 눈에 띄는 외형적 손상도 전혀 발생하지 않았다.

ㅇ 고온·고습, 인공 땀, 급격한 온도 변화 등 열악한 실사용 환경을 가정한 시험에서도 초기 성능의 92.5% 이상을 유지해 뛰어난 상용화 가능성을 보여줬다. 

□ 연구를 이끈 홍성우 수석연구원은 “비싼 첨가제 없이도 시판 물질을 활용해 그래핀의 분산 성능을 극대화하는 해법을 찾았다”고 밝히며 “앞으로 폴더블 디스플레이를 비롯해 유연성과 고성능을 동시에 요구하는 차세대 전자기기 시장에서 핵심 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

ㅇ 한편 이번 연구는 국가과학기술연구회 융합연구단 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 Advanced Composites and Hybrid Materials에 게재됐다.

 * Scalable, high-performance EMI shielding nanocomposites with outstanding folding reliability enabled by a generalizable and cost-effective molecular motif(DOI : 10.1007/s42114-026-01832-5)